DE102012001800A1

DE102012001800A1 - Sichere und energiesparende Hydraulikversorgung und Fahrzeugkran

Info

Publication number: DE102012001800A1
Application number: DE201210001800
Authority: DE
Inventors: Erwin Morath; Lothar Schrade
Original assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-08-02
Also published as: DE202011002115U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine sichere und energiesparsamere Hydraulikversorgung für wenigstens einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere für eine aktive hydraulische Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugkrans, wobei die Hydraulikversorgung über eine ausgehende Versorgungsdruckleitung oder direkt mit dem wenigstens einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einem hydraulischen Lenkkreis, zur Bereitstellung des Versorgungsdruckes verbunden ist, und wenigstens zwei Verstellpumpen, insbesondere wenigstens zwei autark betriebene Verstellpumpen umfasst,. Erfindungsgemäß liefert jede Verstellpumpe einen pumpenspezifischen Ausgangsdruck und steht jeweils mittelbar über wenigstens ein Rückschlagventil mit der ausgehenden Versorgungsdruckleitung oder direkt mit dem Verbraucher in Verbindung, wobei die Anordnung der Rückschlagventile gewährleistet, dass stets der höchste pumpenspezifische Ausgangsdruck den anschließbaren Verbraucher speist bzw. in die ausgehende Versorgungsdruckleitung einspeisbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine sichere und energiesparende Hydraulikversorgung für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere für eine aktive hydraulische Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugkrans, wobei die Hydraulikversorgung mittels einer ausgehenden Versorgungsdruckleitung oder direkt mit dem wenigstens einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere mit einem hydraulischen Lenkkreis, zur Bereitstellung des Versorgungsdruckes verbunden ist und wenigstens zwei Verstellpumpen, insbesondere wenigstens zwei autark betriebene Verstellpumpen umfasst.
Nach heutigem Standard werden bei mobilen Arbeitsmaschinen die hinteren Achsen des Fahrgestells nicht mehr über mechanische Lenkgestänge, sondern durch hydraulisch betriebene Lenkvorrichtungen gelenkt. Der Einsatz derartiger Lenkvorrichtungen bietet den Vorteil, dass diverse Lenkprogramme möglich oder zumindest einfacher umsetzbar sind.
Auch bei hydraulischen Lenksystemen stellt die Einhaltung der geforderten Sicherheitsstandards eine wesentliche Bedingung dar. Die redundante Auslegung spezifischer Bauteile führt bereits zu einer beachtlichen Erhöhung der Betriebssicherheit, indem zumindest ein stark eingeschränkter Notbetrieb im Fehlerfall aufrecht erhalten werden kann. Dem Stand der Technik sind dazu bereits einige Lösungsvorschläge zu entnehmen.
Ein wesentlicher Ansatzpunkt liegt hier in der Gewährleistung einer möglichst sicheren Hydraulikversorgung des Lenkkreises der hydraulischen Hinterachslenkung mit Hydraulikmedium. Die Hydraulikversorgung soll möglichst auch im Fehlerfall einen erforderlichen Förderstrom bereitstellen, der beispielsweise zur Versorgung der Hydraulikkomponenten des angeschlossenen Lenkkreises dient. Ein Ausfall der Hydraulikpumpe würde ansonsten zu einem Totalausfall der gesamten Hinterachslenkung führen.
In der EP 1 364 858 B1 wird ein Lenksystem gezeigt, das neben der Lenkpumpe, die zur Versorgung des Lenksystems mit Hydraulikmittel dient, noch eine Notlenkpumpe aufweist. Die Notlenkpumpe ist radgetrieben ausgeführt. Zwischen der Notlenkpumpe und den Lenkzylindern ist ein Mehrwegventil vorgesehen, das im stromlosen Zustand geöffnet ist. Im stromlosen Zustand wird der Lenkzylinder von der Notlenkpumpe mit Hydrauliköl versorgt, wobei jedoch eine gezielte Steuerung der Fördermenge nicht vorgesehen ist. Damit ist der Betrieb der Lenkvorrichtung im Notzustand nur eingeschränkt möglich.
Demgegenüber schlägt die EP 1 243 497 B1 zwei getrennte Hydraulikkreise vor, die sich zum einen in den eigentlichen Lenkkreislauf und zum anderen in den Hydraulikkreislauf der hydraulischen Achsfederung unterteilen lassen. Die Lenkfunktion ist hierdurch zumindest solange gewährleistet, bis die Achsen wieder auf Geradeausfahrt eingestellt sind.
In der DE 102 45 618 B4 ist vorgesehen, dass die Lenkpumpe von einer radgetriebenen Pumpe gebildet wird. Die Funktion der Lenkpumpe ist solange sichergestellt, solange sich das Rad dreht und die Pumpe antreibt. Im Radstillstand wird der Hydraulikdruck vom Hydrauliksystem der vorderen Lenkachsen bereitgestellt.
Die vorstehend genannten Ausführungen weisen jedoch zahlreiche Nachteile auf. Keine der genannten Hydraulikversorgungen bietet eine vollständige Redundanz der wesentlichen Betriebsbausteine, um einen uneingeschränkten Notbetrieb zu ermöglichen. Ferner sind in der Regel aufwendige Ventilanordnungen notwendig, um das Umschalten zwischen Normal- und Reservebetrieb bei Auftreten eines Fehlverhaltens zu bedienen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine sichere und zudem energiesparsamere Hydraulikversorgung für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere für ein hydraulisches Lenksystem aufzuzeigen, um die genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
Die gestellte Aufgabe wird durch die sichere Hydraulikversorgung für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere für eine aktive hydraulische Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach besitzt die Hydraulikversorgung wenigstens zwei Verstellpumpen, die vorzugsweise autark betrieben sind. Die Hydraulikversorgung kann entweder direkt oder über eine Versorgungsdruckleitung mit dem Verbraucher verbunden sein.
Die Verstellpumpen sind vorzugsweise nach bekanntem Pumpenprinzip ausgeführt und werden entweder über unabhängige Energiequellen oder eine gemeinsame bzw. voneinander abhängige Energiequellen gespeist. Dies kann je nach Sicherheitsanforderung an die jeweilige Verwendung der Hydraulikversorgung variieren.
Denkbar ist wenigstens eine motorgetriebene Verstellpumpe und bzw. oder wenigstens eine radgetriebene Verstellpumpe und bzw. oder wenigstens eine anderweitig angetriebene Verstellpumpe. Die Verstellpumpen können unterschiedlich dimensioniert sein, dies ist jedoch keine notwendige Voraussetzung.
Das Verdrängungsvolumen bzw. der sich einstellende pumpenspezifische Ausgangsdruck der einzelnen Verstellpumpen wird über den anliegenden Steuerdruck festgelegt. Mindestens zwei Verstellpumpen liefern voneinander differierende pumpenspezifische Ausgangsdrücke.
Die Verstellpumpen sind jeweils mittelbar über wenigstens ein Rückschlagventil mit der ausgehenden Versorgungsdruckleitung der sicheren Hydraulikversorgung verbunden. Alternativ können die Verstellpumpen auch direkt über das wenigstens eine Rückschlagventil mit dem Verbraucher verbunden sein. Dies erspart die gemeinsame Versorgungsdruckleitung. Die Anschlussstellen zum Verbraucher sind daher prinzipiell redundant ausgeführt, da jede Verstellpumpe einen eigenen Leitungsweg zum Rückschlagventil und daher zum Verbraucher aufweist. Ein Systemausfall aufgrund eines Leitungsbruchs kann vermieden werden.
Die Anordnung der Rückschlagventile gewährleistet, dass sich ausschließlich das Rückstellventil mit dem höchsten pumpenspezifischen Ausgangsdruck im Pumpenpfad öffnet. Aufgrund des geringeren pumpenspezifischen Ausgangsdruckes der verbleibenden Verstellpumpen bleiben die entsprechenden Rückschlagventile der genannten Verstellpumpen geschlossen. Nur die Verstellpumpe mit dem höchsten pumpenspezifischen Ausgangsdruck speist das Hydraulikmedium in die Versorgungsdruckleitung ein bzw. speist den Verbraucher und ein Rückfluß in die Pumpenzweige der übrigen Verstellpumpen wird aufgrund der geschlossenen Rückstellventile unterbunden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, dass die Verstellpumpe mit vergleichsweise geringem pumpenspezifischem Ausgangsdruck und entsprechend geschlossenem Rückschlagventil keinen dauerhaften Förderbetrieb bedingt. Vielmehr wird die entsprechende Verstellpumpe nur solange ausgelenkt, bis der pumpenspezifische Ausgangsdruck mit dem anliegenden Steuerdruck übereinkommt. Danach lenkt sich die Verstellpumpe gemäß der internen Steuerung wieder zurück und fördert kein Hydraulikmedium mehr nach. Es wird also kein konstanter Förderstrom erzeugt, auftretende Leckagen können aber stets ausgeglichen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung stehen wenigstens zwei Verstellpumpen mit einer gemeinsamen Steuerleitung in Verbindung. Vorzugsweise ist der anliegende Steuerdruck der gemeinsamen Steuerleitung an wenigstens einer Verstellpumpe durch ein integriertes Druckreduziermittel reduzierbar. Dadurch wird gewährleistet, dass die Verstellpumpen wegen der abweichenden Steuerdrücke unterschiedliche pumpenspezifische Ausgangsdrücke liefern. Die Nutzung einer gemeinsamen Steuerleitung ermöglicht eine vereinfachte Ansteuerung der Hydraulikversorgung, da die parallel arbeitenden Verstellpumpen nicht getrennt anzusteuern sind. Als Druckreduziermittel ist insbesondere eine Düsenkombination, vorzugsweise in Form eines Bypass geeignet.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Verstellpumpe eine motorbetriebene Hauptpumpe ist und wenigstens eine Verstellpumpe eine radbetriebene Reservepumpe ist. Vorzugsweise wird die motorbetriebene Hauptpumpe durch ein aktives Antriebsaggregat der mobilen Arbeitsmaschine angetrieben. Die radgetriebene Reservepumpe ist mittelbar oder unmittelbar mit einem beliebigen Rad des Fahrgestells verbunden und wird während der Fahrzeugfortbewegung angetrieben. Beispielsweise kann die Reservepumpe am Verteilergetriebe angebracht sein.
Vorteilhafterweise ist der an der Reservepumpe anliegende Steuerdruck durch das Druckreduziermittel reduzierbar. Folglich wird der entweder mittelbar über die Versorgungsdruckleitung oder direkt an die Hydraulikversorgung angeschlossene Verbraucher bzw. das hydraulische Lenksystem im Normalbetrieb ausschließlich durch die motorbetriebene Hauptpumpe mit Hydraulikmedium versorgt. Bei einem Druckabfall am Ausgang der Hauptpumpe öffnet sich das Rückschlagventil der Reservepumpe und die Fördermenge zum Verbraucher bzw. innerhalb der Versorgungsdruckleitung wird durch den Betrieb der Reservepumpe bestimmt. Der Umschaltvorgang zwischen Haupt- und Reservepumpe wird automatisch initiiert und setzt demnach keine komplexe Ansteuerung bestimmter Hydraulikkomponenten voraus.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Verstellpumpe eine Hauptpumpe, insbesondere motorgetriebene Hauptpumpe darstellt und wenigstens eine Verstellpumpe eine Hilfspumpe ist. Die Hauptpumpe übernimmt im wesentlichen die Versorgung des angeschlossenen Verbrauchers. Übersteigt der notwendige Speisedruck das maximal mögliche Ausgangsdruckniveau der Hauptpumpe, so kann die wenigstens eine Hilfspumpe unterstützend eingreifen und das fehlende Hydraulikmedium nachliefern.
Vorteilhafterweise ist der an der Hilfspumpe anliegende Steuerdruck durch das Druckreduziermittel reduzierbar. Folglich wird der entweder mittelbar über die Versorgungsdruckleitung oder direkt an die Hydraulikversorgung angeschlossene Verbraucher bzw. das hydraulische Lenksystem im Normalbetrieb ausschließlich durch die motorbetriebene Hauptpumpe mit Hydraulikmedium versorgt. Reicht der geförderte Volumenstrom der Hauptpumpe nicht aus, so sinkt der Hydraulikdruck beim Verbraucher ab, wobei der Steuerdruck unverändert hoch bleibt. Hierdurch kann das Rückschlagventil der Hilfspumpe öffnen und die fehlende Fördermenge kann dem Verbraucher direkt bzw. über die Versorgungsdruckleitung durch den Betrieb der Hilfspumpe zugeführt werden. Der Zuschaltvorgang der Hilfspumpe zur Hauptpumpe wird automatisch initiiert und setzt demnach keine komplexe Ansteuerung bestimmter Hydraulikkomponenten voraus.
Durch diese vorteilhafte Ausführung kann beispielsweise eine große Versorgungspumpe durch wenigstens zwei kleinere Verstellpumpen ersetzt werden, wodurch eine Effizienzsteigerung des Versorgungssystems erzielt wird. Eine drohende Kostensteigerung kann aufgrund der höheren Stückzahl an kleineren Pumpen ausgeglichen werden.
Zudem kann eine schnellere Reaktion bzw. Bewegung des Verbrauchers, insbesondere eines Aktors, aufgrund der Pumpenkombinationsfähigkeit und dem damit erzielbaren größeren Förderstrom erzielt werden. Auch bei Ausfall ein oder mehrerer Komponenten der Hydraulikversorgung kann der Verbraucher bzw. Aktor mit verringerter Geschwindigkeit sicher betrieben werden.
Zur Sicherheit kann zwischen wenigstens einer Verstellpumpe und dem zugeordneten Rückschlagventil wenigstens ein Druckgeber installiert sein. Der Druckgeber ermittelt das Druckniveau zwischen Rückschlagventil und Verstellpumpe, das durch den pumpenspezifischen Ausgangsdruck bestimmt ist.
Zusätzlich oder alternativ kann zwischen einer Verstellpumpe und dem zugeordneten Rückschlagventil wenigstens ein Durchflusswächter angeordnet sein. Durch den Durchflusswächter lässt sich bei einem geöffneten Rückschlagventil die geförderte Menge des Hydraulikmediums feststellen.
Von Vorteil ist es, wenn der Druckgeber und/oder der Durchflusswächter mit einer zentralen Steuerung einer Arbeitsmaschine verbindbar ausgeführt sind. Als vorteilhaft erweist sich die Verbindung mit der zentralen Steuerung des gekoppelten aktiven Lenksystems bzw. einer übergeordneten Steuerung des mobilen Arbeitsgerätes. Hierdurch lässt sich die korrekte Funktion der sicheren Hydraulikversorgung bei Bedarf überwachen.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein Rückschlagventil auch im angeschlossenen Verbraucher selbst integriert sein.
Die Erfindung ist des weiteren auf einen Fahrzeugkran mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, insbesondere einer aktiven hydraulischen Hinterachslenkung für wenigstens eine gelenkte Hinterachse gerichtet. Erfindungsgemäß umfasst der Kran zur Bereitstellung des erforderlichen Versorgungsdruckes des Verbrauchers bzw. der hydraulischen Hinterachslenkung eine sichere und energiesparende Hydraulikversorgung nach einer der voranstehend erläuterten vorteilhaften Ausführungen. Der Fahrzeugkran weist offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie die voranstehend erläuterte erfindungsgemäße Hydraulikversorgung auf, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholte Diskussion der Merkmale verzichtet wird.
Die zentrale Steuerung des aktiven Lenksystems regelt den anliegenden Druck innerhalb der Steuerleitung, um das erforderliche Druckniveau bzw. den gewünschten Förderstrom innerhalb der Versorgungsdruckleitung bzw. am Eingang des Verbrauchers gezielt einstellen zu können. Die Hydraulikversorgung bzw. die Versorgungsdruckleitung speist das verbundene Lenksystem mit dem anliegenden Versorgungsdruck bzw. Förderstrom und ermöglicht die zielgerichtete Ansteuerung der Hydraulikkomponenten, beispielsweise der Lenkzylinder zur Betätigung der gelenkten Hinterachsen.
Von Vorteil ist es, wenn die Kransteuerung den Ausgangsdruck der Reservepumpe bzw. der Hilfspumpe der Hydraulikversorgung kontinuierlich oder innerhalb definierbarer Zeitintervalle überwacht. Durch die Überwachung des Druckniveaus lassen sich schlafende oder unerkannte Fehler erkennen, insbesondere wenn das entsprechende Rückschlagventil geschlossen ist und von der Reservepumpe bzw. Hilfspumpe kein kontinuierlicher Förderstrom geliefert wird. Ein Druckabfall wäre beispielsweise ein Anzeichen für auftretende Leckagen innerhalb des Systems bzw. für eine defekte Reservepumpe bzw. Hilfspumpe.
In diesem Zusammenhang kann es zusätzlich oder alternativ förderlich sein, dass die Kransteuerung den Förderstrom am Ausgang der Reservepumpe bzw. Hilfspumpe kontinuierlich oder innerhalb definierbarer Zeitintervalle überwacht. Die erfaßten Meßwerte lassen einen Rückschluß auf die Pumpenaktivität der Reservepumpe bzw. Hilfspumpe zu. Die Kransteuerung kann folglich anhand der ermittelten Meßwerte feststellen, welche Pumpe, das heißt die Hauptpumpe oder die Reservepumpe, zur Zeit in Betrieb ist und die gemeinsame Versorgungsdruckleitung speist.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgung für die sichere und sparsame Hydraulikversorgung wenigstens eines hydraulischen Verbrauchers, insbesondere einer aktiven hydraulischen Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Hydraulikversorgung kann im Defektfall einer ersten Verstellpumpe die Versorgung von wenigstens einer zweiten Verstellpumpe übernommen wird.
In einer alternativen oder ergänzenden Verwendung der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgung ist vorgesehen, dass im Bedarfsfall die Versorgung des Verbrauchers mittels einer ersten Verstellpumpe von wenigstens einer zweiten Verstellpumpe ergänzt wird Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: einen hydraulischen Schaltplan der erfindungsgemäßen sicheren Hydraulikversorgung für eine aktive hydraulische Hinterachslenkung eines Fahrzeugkrans und
2: ein Schaltplan mit geringfügigen Modifizierungen gegenüber der Hydraulikversorgung gemäß 1.
Der zu versorgende Verbraucher, im konkreten Anwendungsfall der hydraulische Lenkkreis der aktiven Hinterachslenkung, wird an die ausgehende Versorgungsdruckleitung 50 angeschlossen. Die motorgetriebene Hauptpumpe 1 und die radgetriebene Reservepumpe 2 sind als bekannte Verstellpumpen mit eingehenden Steuerdruckeingängen zur Konfiguration des Verdrängungsvolumens ausgeführt.
Die sichere Hydraulikversorgung umfasst eine einzige eingehende Steuerdruckleitung 60, die mit dem Steuereingang der Hauptpumpe 1 sowie mit dem Steuereingang der Reservepumpe 2 verbunden ist. Der anliegende Steuerdruck 10 an der Steuerleitung 60 bestimmt demnach das jeweilige Verdrängungsvolumen der beiden Pumpen 1, 2 und folglich die über die gemeinsame Versorgungsdruckleitung 50 zum angeschlossenen Verbraucher eingestellte Fördermenge. Der eingestellte Steuerdruck 10 ist folglich die Lastmeldung bzw. der Lastdruck des oder der angeschlossenen Verbraucher an die beiden Pumpen 1, 2.
Die zwischengeschaltete Düsenkombination 3 in Form einer By-Pass-Schaltung zwischen Steuerleitung 60 und dem Steuerdruckeingang der Reservepumpe 2 reduziert den anliegenden Steuerdruck 10 der Steuerleitung 60. Demnach liegt an der Reservepumpe 2 der reduzierte Steuerdruck 10B an, wohingegen an der motorgetriebenen Hauptpumpe 1 der unveränderte Steuerdruck 10 der Steuerleitung 60 anliegt.
Sowohl die motorgetriebene Hauptpumpe 1 als auch die radgetriebene Reservepumpe 2 schwenken gemäß dem individuell anliegenden Steuerdruck 10 bzw. 10B aus. Läuft das die Hauptpumpe 1 antreibende Antriebsaggregat des Mobilkrans und dreht sich gleichzeitig das die Reservepumpe 2 antreibende Rad des Mobilkranfahrwerks, so sind beide Pumpen 1, 2 parallel aktiv. Abhängig vom anliegenden Steuerdruck 10, 10B wird der pumpenspezifischer Ausgangsdruck 11A, 11B erzeugt.
Die motorgetriebene Hauptpumpe 1 fördert das verwendete Hydraulikmedium aus dem Tank 20 mit dem Ausgangsdruck 11A über die Hydraulikleitung 50A und die radgetriebene Reservepumpe 2 fördert das Hydraulikmedium aus dem Tank 20 mit dem Ausgangsdruck 11B über die Hydraulikleitung 50B. Die beiden Hydrauhlikleitungen 50A, 50B stehen über je ein Rückschlagventil 51A, 51B mit der gemeinsamen Versorgungsdruckleitung 50 und somit mit dem angeschlossenen Verbraucher in Verbindung. Die Anordnung der beiden Rückschlagventile 51A, 51B gewährleistet, dass stets der höhere Versorgungsdruck 11A, 11B in die gemeinsame Hydraulikleitung 50 eingespeist wird. Gleichzeitig wird ein Rückfluß des Hydraulikmediums aus der Versorgungsdruckleitung 50 in den Pumpenpfad der verbleibenden Verstellpumpe 1, 2 über das geschlossene Rückschlagventil 51A, 51B ausgeschlossen.
Im fehlerfreien Betrieb fördert die motorgetriebene Hauptpumpe 1 das Hydraulikmedium aus dem Tank 20 über die Hydraulikleitungen 50A und das geöffnete Rückschlagventil 51A in die Versorgungsdruckleitung 50 bis hin zum Verbraucher. Das Druckniveau 11 innerhalb der gemeinsamen Versorgungsdruckleitung 50 gleicht folglich dem Druckniveau 11A innerhalb der Hydraulikleitung 50A. Da die Reservepumpe 2 aufgrund der Düsenkombination 3 mit einem geringeren Steuerdruck 10B betrieben wird, ist das pumpenspezifische Ausgangsdruckniveau 11B gegenüber dem Druckniveau 11A der Hauptpumpe 1 vergleichsweise geringer. Der Druck innerhalb der Druckversorgungsleitung 50 übersteigt das Druckniveau 11B der Hydraulikleitung 50B, weshalb das Rückschlagventil 51B geschlossen bleibt.
Die radgetriebene Reservepumpe 2 verbleibt solange ausgelenkt und fördert Hydraulikmedium vom Hydrauliktank 20 in die Hydraulikleitung 50B, bis der vorliegende Druck 11B in der Hydraulikleitung 50B dem an der Reservepumpe 2 anliegenden Steuerdruck 10b übereinstimmt. Danach lenkt sich die Pumpe 2 gemäß der internen Steuerung zurück bis die Fördermenge hinreichend reduziert bzw. unterbrochen wird. Auftretende Leckagen, die zum Abfall des Druckniveaus 11B in der Hydraulikleitung 50B führen, werden jedoch weiterhin durch kurzeitiges Auslenken der Pumpe 2 kompensiert.
Im Fehlerfall, wie beispielsweise bei Ausfall des Antriebsaggregats, einem Pumpendefekt, einem Wellenbruch oder alternativ einem Bruch der Hydraulikleitung 50A, würde die Versorgung des an der Versorgungsdruckleitung 50 angeschlossenen Verbrauchers mit Hydraulikmedium vollständig ausfallen. Bei der erfindungsgemäßen sicheren Hydraulikvorrichtung fällt im Fehlerfall der vorherrschende Druck 11 in der Versorgungsdruckleitung 50 nur soweit ab, bis dieser das Druckniveau 11B der Hydraulikleitung 50B unterschreitet. Die geänderte Druckdifferenz führt zum Öffnen des Rückschlagventils 51B und die radgetriebene Reservepumpe 2 übernimmt die vollständige Versorgung des angeschlossenen Verbrauchers. Das sich schließende Rückschlagventil 51A stellt sicher, dass der defekte Pumpenzweig mit der Hauptpumpe 1 und der Hydraulikleitung 50A vom restlichen System abgekoppelt ist.
Da Fehler nur äußerst selten vorkommen, wird eine Versorgung über die Pumpe 2 nur in Ausnahmefällen eintreten. Dennoch muss sichergestellt werden, dass in diesen Fällen der Pumpenzweig mit der radgetriebenen Reservepumpe 2 auch nach sehr langer störungsfreier Funktion der sicheren Hydraulikversorgung sofort einsatzfähig ist. Daher sollten schlafende oder unerkannte Fehler im Pumpenzweig der Reservepumpe möglichst bereits zur Laufzeit erkannt werden.
Die ständige Überwachung des hydraulischen Reservekreises wird von dem installierten Druckgeber 4 übernommen, der zwischen Rückschlagventil 51B und Reservepumpe 2 angeordnet ist. Der von der radgetriebenen Reservepumpe 2 bereitgestellte Versorgungsdruck 11B wird laufend überwacht und der Kransteuerung bzw. die Steuereinheit des Lenkungssystems mitgeteilt. Die Kransteuerung kann somit auch ohne Förderstrom die ordnungsgemäße Funktionalität der Reservepumpe bewerten. Leitungsbrüche der Hydraulikleitung 50B, ein Pumpenausfall der Reservepumpe 2 sowie Wellenbrüche und andere Fehlerzustände können bereits während der Ruhephase der Reservepumpe 2 erkannt werden.
Darüber hinaus muss die Kransteuerung auch erkennen, welcher Hydraulikkreis momentan den an die Versorgungsdruckleitung 50 angeschlossenen Verbraucher bedient. Zu diesem Zweck ist ein Durchflusswächter 5 zwischen Rückschlagventil 51B und der Reservepumpe 2 installiert, der den Förderstrom der Reservepumpe 2 in die gemeinsame Versorgungsleitung 50 erfaßt. Im Normalfall tendiert der erfaßte Förderstrom aufgrund des geschlossenen Rückschlagventils 51b gegen Null. Sobald die sichere Hydraulikversorgung auf Reservebetrieb schaltet, kann der anliegende Förderstrom erfaßt werden und der Kransteuerung mitgeteilt werden.
Die dargestellte erfindungsgemäße sichere Hydraulikversorgung bietet zum einen eine vollständig redundante Druckversorgung, die auch im Reservebetrieb eine uneingeschränkte Versorgung des angeschlossenen Lenksystems erlaubt. Weiterhin fördert die Reservepumpe 2 nicht dauerhaft eine Hydraulikmediummenge in den Tank 20, was im Gegensatz zu einer Konstantpumpe energetisch günstiger ist. Ferner lässt sich die Reservepumpe durch den vorgesehenen Druckgeber und Durchflusswächter dauerhaft überwachen. Darüber hinaus muss die Reservepumpe 2 nicht über ein zusätzliches Ventil zugeschaltet werden, sondern die Umschaltung zwischen Not- und Reservebetrieb erfolgt über die unabhängig arbeitenden Rückschlagventile 51A, 51B. Weiterhin kann die einstellbare Förderungsmenge der Versorgungsdruckleitung 50 bequem über eine einzige Steuerleitung unabhängig vom Normal- oder Reservebetrieb der Versorgung eingestellt werden.
Ein gegenüber der 1 geringfügig modifizierter Aufbau der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgung ist der 2 zu entnehmen. In diesem Fall wird die gemeinsame Versorgungsdruckleitung 50 eingespart und die beiden Rückschlagventile 51A, 51B werden direkt an den Verbraucher angeschlossen oder gegebenenfalls in diesen integriert. Dadurch wird die bisherige Versorgungsdruckleitung 50 redundant ausgeführt. Ein Systemausfall aufgrund eines Leitungsbruchs der Versorgungsdruckleitung 50 wird vermieden.
Eine alternative Verwendungsmöglichkeit der voranstehend beschriebenen Hydraulikversorgung gemäß den 1, 2 soll im Folgenden erörtert werden. Der Aufbau der hydraulischen Schaltung bleibt an sich identisch. Auch die bisher beschriebene Sicherheitsfunktion bleibt als Teilaspekt erhalten. Es werden lediglich neue Verstellpumpen 1, 2 verwendet.
Die alternative Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgung betrifft die Versorgung eines beliebigen hydraulischen Verbrauchers, der zum Einen besonders sicher und zum Anderen energiesparsamer versorgt werden soll. Hierzu werden die beiden Verstellpumpen 1, 2 als motorgetriebene Pumpen definiert, die hinsichtlich der Leistungsfähigkeit unterschiedlich dimensioniert sind. Bevorzugt ist die Verstellpumpe 1 leistungsfähiger und agiert als Hauptpumpe.
In diesem Zusammenhang ist es hervorzuheben, dass für die alternative Verwendung der Hydraulikversorgung nicht zwingend motorgetriebene Pumpen erforderlich sind. Gleichfalls können die Pumpen auch gleich dimensioniert sein und entweder über einen gemeinsamen, über unabhängige bzw. über zwei separate Antriebe antreibbar sein. Dies kann je nach Sicherheitsanforderung des angeschlossenen Verbrauchers bzw. der jeweiligen Verwendung variieren.
Der angeschlossene Verbraucher wird von der Hauptpumpe 1 mit Hydraulikmedium versorgt. Die zweite Pumpe 2 agiert als Hilfspumpe und bleibt wie bisher im Standby, liefert einen gegenüber dem Druck 50A geringfügig geringeren Druck 50B und überwacht sich selbstständig auf Funktionsfähigkeit mittels des Durchflusswächters 5 sowie des Druckgebers 4. Die Hauptpumpe 1 ist wie bisher eine Verstellpumpe und kann auf unterschiedliche Anforderungen des Verbrauchers reagieren. Sollte der Verbraucher mehr Hydraulikmedium benötigen als die Hauptpumpe 1 bereitstellen kann, so würde dies zu einem Absinken des Hydraulikdrucks beim Verbraucher führen. Der gewählte Steuerdruck 60 bleibt jedoch konstant. Hierdurch kann das zweite Rückschlagventil 51B öffnen und die Hilfspumpe 2 kann das fehlende Hydraulikmedium nachliefern. Benötigt der Verbraucher wieder weniger Hydraulikmedium, ist unter Umständen der bereitstellbare Förderstrom 50A der Hauptpumpe 1 ausreichend. Kann die Hauptpumpe 1 die angeforderte Hydraulikmenge alleine stemmen, so schwenkt die Hilfspumpe 2 selbstständig wieder zurück und verbleibt im Standby-Modus.
Auch bei dieser erfindungsgemäßen Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgung ergeben sich gewisse Vorteilen gegenüber bisherigen Lösungen. So wird eine sichere Hydraulikversorgung eines beliebigen Verbrauchers mit einer Fehlererkennung im Standby-Kreis gewährleistet. Zudem kann im Fehlerfall unter Verwendung eines alternativen Antriebs der zweiten Pumpe 2, beispielsweise eine radgetriebene Pumpe, ein Notfallbetrieb der Hydraulikversorgung gewährleistet werden.
Die gezeigte Verwendungsmöglichkeit erzielt nicht nur eine sichere Versorgung eines Verbrauchers sondern kann zudem einen energiesparsameren Betrieb erreichen, insbesondere dann, wenn eine große Verstellpumpe aus einem bekannten System durch das erfindungsgemäße Hydrauliksystem mit zwei kleinen Verstellpumpen ersetzt wird. Hierdurch wird eine Steigerung der Effizienz erreicht, wobei eine mögliche Kostensteigerung bei der Produktherstellung aufgrund der höheren Stückzahl vermieden werden kann.
Durch die Zuschaltung der zweiten Pumpe kann die gesamte Fördermenge der Hydraulikversorgung weiter erhöht werden, was insbesondere eine schnellere Bewegung eines als Verbrauchers angeschlossenen Aktors gestattet.
Bei Ausfall diverser Komponenten kann der angeschlossene Aktor zudem mit verlangsamter Geschwindigkeit mittels der betriebsbereiten Verstellpumpe 1 oder 2 betrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1364858 B1 [0005]
EP 1243497 B1 [0006]
DE 10245618 B4 [0007]

Claims

Sichere und energiesparende Hydraulikversorgung für wenigstens einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere für eine aktive hydraulische Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine, vorzugsweise eines Fahrzeugkrans, wobei die Hydraulikversorgung über eine ausgehende Versorgungsdruckleitung oder direkt mit dem wenigstens einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einem hydraulischen Lenkkreis, zur Bereitstellung des Versorgungsdruckes verbunden ist, und wenigstens zwei Verstellpumpen, insbesondere wenigstens zwei autark betriebene Verstellpumpen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstellpumpe einen pumpenspezifischen Ausgangsdruck liefert und jeweils mittelbar über wenigstens ein Rückschlagventil mit der ausgehenden Versorgungsdruckleitung oder direkt mit dem Verbraucher in Verbindung steht, wobei die Anordnung der Rückschlagventile gewährleistet, dass stets der höchste pumpenspezifische Ausgangsdruck den anschließbaren Verbraucher speist bzw. in die ausgehende Versorgungsdruckleitung einspeisbar ist.
Hydraulikversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Verstellpumpen mit einer gemeinsamen Steuerleitung in Verbindung stehen, wobei der anliegende Steuerdruck an wenigstens einer Verstellpumpe durch ein Druckreduziermittel, insbesondere eine Düsenkombination, reduzierbar ist.
Hydraulikversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verstellpumpe eine motorgetriebene Hauptpumpe und wenigstens eine Verstellpumpe eine radgetriebene Reservepumpe ist, wobei vorzugsweise der an der Reservepumpe anliegende Steuerdruck durch das Druckreduziermittel reduzierbar ist.
Hydraulikversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verstellpumpe eine Hauptpumpe und wenigstens eine weitere Verstellpumpe eine Hilfspumpe ist, wobei vorzugsweise der an der Hilfspumpe anliegende Steuerdruck insbesondere durch das Druckreduziermittel reduzierbar ist.
Hydraulikversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Verstellpumpen gleichartig angetrieben, insbesondere motorgetrieben sind, wobei diese Pumpen gleich oder unterschiedlich dimensioniert sind, und wobei die wenigstens zwei Verstellpumpen durch ein gemeinsames Antriebsaggregat oder durch jeweils autarke Antriebsaggregate antreibbar sind.
Hydraulikversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einer Verstellpumpe und dem zugeordneten Rückschlagventil wenigstens ein Druckgeber angeordnet ist.
Hydraulikversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einer Verstellpumpe und dem zugeordneten Rückschlagventil wenigstens ein Durchflusswächter angeordnet ist.
Hydraulikversorgung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgeber und/oder der Durchflusswächter mit einer zentralen Steuerung einer mobilen Arbeitsmaschine verbindbar sind.
Hydraulikversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rückschlagventil in den angeschlossenen hydraulischen Verbraucher integriert ist.
Fahrzeugkran mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, insbesondere mit einer aktiven hydraulischen Hinterachslenkung für wenigstens eine gelenkte Hinterachse, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugkran zur Bereitstellung des Versorgungsdruck für den hydraulischen Verbraucher bzw. die hydraulische Hinterachslenkung eine sichere Hydraulikversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Fahrzeugkran nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kransteuerung den Ausgangsdruck der Reservepumpe bzw. Hilfspumpe kontinuierlich oder in definierbaren Zeitintervallen überwacht.
Fahrzeugkran nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kransteuerung den Förderstrom am Ausgang der Reservepumpe bzw. Hilfspumpe kontinuierlich oder in definierbaren Zeitintervallen überwacht.
Verwendung der Hydraulikversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur sicheren Hydraulikversorgung wenigstens eines hydraulischen Verbrauchers, insbesondere einer aktiven hydraulischen Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei im Fehlerfall einer ersten Verstellpumpe die Versorgung von wenigstens einer zweiten Verstellpumpe übernommen wird.
Verwendung der Hydraulikversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur energiesparenden Hydraulikversorgung wenigstens eines hydraulischen Verbrauchers, insbesondere einer aktiven hydraulischen Hinterachslenkung einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei im Bedarfsfall die Versorgung des Verbrauchers mittels einer ersten Verstellpumpe von wenigstens einer zweiten Verstellpumpe ergänzt wird.
Verwendung der Hydraulikversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 nach einer Kombination der Ansprüche 13 und 14.